[发明专利]使用渐逝波于光声光谱的检测方法及其装置

说明书

本发明关于使用渐逝波于光声光谱的检测方法及其装置。本发明涉及提供一充填有待测气体的共振腔，以及提供一光纤于该共振腔内产生渐逝波(Evanescent field)，该待测气体受该渐逝波的激发而产生光声效应，且于该共振腔内产生声波，该声波在该共振腔内谐振形成驻波，而该渐逝波的位置则相对于该驻波的一波腹处；依据本发明的检测方法于光声光谱中可实现高的探测灵敏度以及低的侦测极限。

技术领域

本发明有关一种于光声光谱中可实现高的探测灵敏度以及低的侦测极限的检测方法及其装置。

背景技术

光声光谱技术是基于光声效应，通过直接测量物质因吸收光能而产生热能的技术，可用于定性、定量检测在溶液或液体介质或气体、固体中的各种物质。而用于气体检测系统中，如图1所示，通过对单色光源11进行调制(强度调制/波长调制)产生激发光并耦合至光声池12中；光声池12内特定气体分子吸收光能后受激跃迁到振动能级的高能态，进而通过无辐射跃迁将能量转化为动能，在光声池12内形成压力波；利用传声器13检测压力波的强度，并根据光声信号幅度与入射光强、气体吸收系数和含量的正比关系，确定光声池内受光激发气体分子的含量。

其中，光声池是气体光声效应的发生场所，是光声光谱监测系统中的关键部分，甚至直接决定系统的检测灵敏度。而依据光声池的工作方式可以分为共振型和非共振型两种，共振式光声池的原理是声波在腔体中传输时，在腔体中谐振形成驻波，无需密封腔室，并起到共振放大的作用。通过调制光源照射频率使其与声波在腔室中传播的频率重合形成共振，这样可以将光声信号进行共振放大。与非共振光式声池相比，共振式光声池利用声波的共振增强特性，可以避开低频噪音的影响，故相较于非共振光式声池，共振光式声池具有受低频杂讯影响小、信噪比高、可检测流动气体等优点。

而一般光源汇聚入射于光声池内，其具有下列缺点。

1、光声池的设计影响检测灵敏度，该光声池的腔体长度越长、体积越小时，有利于光声信号的增强，可提高检测灵敏度；但由于光源光束应避免照射到腔体壁面上，以免产生背景杂讯，腔体的体积受到入射光光束尺寸的限制，故检测灵敏度无法提升，亦无法实现较低的侦测极限。

2、共振式光声池主要是利用光波与声波在腔室中的模态匹配作用，达到共振放大的效果；然，光源光束入射于腔体中，相对声波在腔体所形成驻波的波腹及波节处，光源强度及振幅均相同，在驻波的波腹处无法达到共振增强放大的效果，而在波节处的光源则形成浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种于光声光谱中可实现高的探测灵敏度以及低的侦测极限的检测方法及其装置。

本发明的检测方法提供一充填有待测气体的共振腔，以及提供一光纤于该共振腔内产生渐逝波(Evanescent field) ，该待测气体受该渐逝波的激发而产生光声效应，且于该共振腔内产生声波，该声波在该共振腔内谐振形成驻波，而该渐逝波的位置则相对于该驻波的一波腹处。

本发明另提供一种检测装置，至少包含有：一光源；一共振腔，其内填充有待测气体；一光纤，配置于该共振腔内，供接收该光源并产生一渐逝波；一感测器，连接至该共振腔或配置其内，用以侦测该共振腔内的待测气体动态压力变化，并输出一对应的光声讯号；以及一分析单元，与该感测器连接，接收该光声讯号，以分析该待测气体的种类及浓度；其中，该待测气体受该渐逝波的激发而产生光声效应，且于该共振腔内产生声波，该声波在该共振腔内谐振形成驻波，而该渐逝波的位置则相对于该驻波的一波腹处。

依据上述技术特征，所述共振腔为纵向圆柱形共振腔，该驻波于该纵向圆柱形共振腔的强度变化方向为轴向；或者，该共振腔为球形共振腔，该驻波于该球形共振腔的强度变化方向为周向(圆周方向)及径向。

依据上述技术特征，所述光纤具有至少一去除纤衣区段以供产生该渐逝波，而该去除纤衣区段则对应该驻波的波腹。

依据上述技术特征，所述光纤具有至少一拉细区段以供产生该渐逝波，而该拉细区段则对应该驻波的波腹。